KI-basierte Magenspiegelung

by | Jun 24, 2024

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Ein Forschungszusammenschluss der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und der Karls-Universität Prag will eine KI entwickeln, die Ärzte während der Gastrokopie unterstützt.

 

Unregelmäßigkeit besser erkennen und zielsicherer beurteilen, ob die Entnahme einer Gewebeprobe notwendig ist. Dabei soll in Zukunft eine KI Ärzte während einer Magenspiegelung unterstützen – zumindest wenn es nach Forschern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und der Karls-Universität Prag geht. Ihr Forschungsprojekt GI-Insight, GI für Gastrocopy Intelligence, zielt darauf ab, Gastrokopien noch präziser und sicherer zu machen.

Dafür kooperiert der JMU-Informatiker Dr. Adrian Krenzer mit dem Prager Linguistik-Professor Pavel Pecina. Geld bekommt das Projekt unter anderem vom bayrischen Wissenschaftsministerium, welches die Forschung im Rahmen des Programms „Joint Czech-Bavarian Research Projects 2024-2026“ mit 224.000 Euro fördert. Der Startschuss wird am 1. Juli fallen.

Fokus auf Datenvorbereitung

„Damit eine KI anhand von Bildern aus dem Magen zuverlässig Auffälligkeiten erkennen und klassifizieren kann, muss sie mit vielen Daten trainiert werden“, erklärt Adrian Krenzer. Und lernen kann man bekanntlich von den Besten besonders gut. Deshalb sollte möglichst ein Facharzt möglichst viele Bilder von Magengeschwüren und anderen Magenkrankheiten möglichst detailliert beschreiben, um die KI ideal auf ihre künftigen Aufgaben vorzubereiten. Gerade hier liegt oft die Schwachstelle der vieler Lösungen: Dem Training der KI fehlt die nötige Qualität.

Genau hierauf legt das Projekt jedoch einen besonderen Fokus. Ziel sei es, den Mediziner die zeitaufwendige Annotationsarbeit abzunehmen, betont Krenzer. Darum kümmert sich der Projektpartner aus Prag: Pavel Pecina setzt die Methode des Natural Language Processing ein, um umfangreiche schriftliche ärztliche Befunde mit den dazugehörenden gastroskopischen Aufnahmen zu verknüpfen und in einer Datenbank zu sammeln.

Kooperationspartner am Uniklinikum Würzburg

Auf Basis der KI-annotierten Trainingsdaten vom tschechischen Team wird dann wiederum das Team von Adrian Krenzer das eigentliche Training der KI in Angriff nehmen. Bis Ende 2026 soll ein Produktprototyp vorliegen, der während einer gastroskopischen Untersuchung in Echtzeit verschiedene Krankheiten identifizieren kann. Nach seiner Validierung soll der Prototyp testweise am Universitätsklinikum Würzburg eingesetzt werden.

Ob die Ergebnisse der KI aus medizinisch-fachlicher Sicht passen, wird dann von Alexander Hann überprüft, Professor für digitale Transformation am Lehrstuhl für Gastroenterologie des Universitätsklinikums Würzburg. Der Experte kooperiert schon seit längerem mit dem JMU-Lehrstuhl für Künstliche Intelligenz und Wissenssysteme um Professor Frank Puppe.

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Gemüsekohl für die Gesundheit

Forscher des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau haben jene Kohlsorten identifiziert, die besonders wertvolle Pflanzenstoffe für den Menschen beinhalten. Wie die sich auf die Gesundheit auswirken, wird nun in einer Interventionsstudie untersucht.

Grün und vielfältig sollte sie sein, unsere Ernährung. Und einem Gemüse kommt dabei eine besondere Bedeutung zu: Gemüsekohl. Am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) gibt es mit dem Projekt SharpGreens sogar ein eigenes Forschungsprojekt, das jetzt in die zweite Phase startet. Die wissenschaftliche Fragestellung: Wie beeinflusst eine vielfältige Ernährung reich an Gemüsekohl die Gesundheit? Die humane Interventionsstudie wird gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Freiburg umgesetzt. Erforscht werden sollen vor allem die Auswirkungen auf die Immunfunktionen und das Darmmikrobiom.
Der Interventionsstudie ist eine intensive erste Projektphase vorangegangen, für die am IGZ in den vergangenen 30 Jahre eine umfassende Analytikplattform für sekundäre Pflanzenstoffe und ihre Abbauprodukte entwickelt wurde. Im Fall des Gemüsekohls geht es um die sogenannten Glucosinolate, die beim Verzehr enzymatisch zu gesundheitsfördernden Abbauprodukten, den Isothiocyanaten, umgewandelt werden können. Diese Substanzen haben entzündungshemmende, antikanzerogene und antimikrobielle Eigenschaften. Bisher wurden mehr als 100 verschiedene Glucosinolate in Pflanzen identifiziert, wobei die Wirksamkeit ihrer Abbauprodukte stark variieren kann.
Über 300 Kohlsorten kultiviert
Im Rahmen des Projekts SharpGreens kultivierte das Team von Projektleiterin Dr. Katja Witzel im letzten Jahr 300 Genbank- und 17 kommerzielle Kohlsorten am IGZ und analysierte die Glucosinolat-Gehalte und Abbauprodukte. Dabei wurden 24 Kohlsorten mit verbesserten Glucosinolat-Gehalten und gewünschten -Abbauprofilen identifiziert. Diese stammen aus verschiedenen Regionen, darunter Kohlrabi aus der ehemaligen DDR, Blumenkohl-Sorten aus Italien, Weißkohl aus Japan und Spanien, Grünkohl aus Schweden und bulgarischer Rotkohl. Zur weiteren Aufklärung des enzymatischen Glucosinolat-Abbaus wurde das Proteom aller Kohlsorten am IGZ analysiert und ergänzend dazu eine genomweite Assoziationsstudie vom Projektpartner Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) durchgeführt.
In der nun gestarteten zweiten Projektphase werden die ausgewählten Kohlsorten in der Interventionsstudie am Universitätsklinikum Freiburg unter der Leitung von Prof. Dr. Evelyn Lamy eingesetzt. Es wird untersucht, ob der Verzehr einer vielfältigeren Gemüsekohl-Diät die Gesundheit beeinflusst und ob diese Effekte auf den hohen Gehalt an gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen oder die Pflanzenvielfalt zurückzuführen sind. Die Probanden erhalten dafür in einem randomisierten Crossover-Versuch vier verschiedene Gemüsekohl-Diäten, die aus gefriergetrockneten Kohlpflanzen am IGZ hergestellt werden und definierte Mengen an bioaktiven Substanzen enthalten. Außerdem wird der Einfluss der Vielfalt an Gemüsekohl in der Ernährung auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms untersucht.
Bewusstsein für Vielfalt fördern
Die Forschungsergebnisse sollen anschließend über verschiedene Formate wie Kochevents, Feldführungen und Ausstellungen an die Öffentlichkeit kommuniziert werden. Ziel ist es, das Bewusstsein für den Erhalt der Artenvielfalt in der Landwirtschafft sowie eine vielfältige pflanzenbasierte Ernährung zu fördern. Unterstützt werden die Forscher dabei von proWissen Potsdam e.V. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert SharpGreens im Rahmen der Forschungsinitiative zum Erhalt der Artenvielfalt (FEdA) und der Richtlinie zur Erforschung der Zusammenhänge zwischen Biodiversität und menschlicher Gesundheit (BiodivGesundheit2) mit 1,1 Millionen Euro für einen Zeitraum von drei Jahren.

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